劉瑤，文明，趙恒山，胡文偉，王如福*

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西 晉中 030801； 2.山西海霖食品有限公司，山西 晉中 030600)

黃芪為豆科植物蒙古黃芪[Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bunge.var.mongholicus (Bunge.) Hsiao]或膜莢黃芪[Astragalusmembranaceus(Fisch.)]的干燥根[1]，其味甘、性溫，是一種較名貴的中藥材，素有“十藥八芪”之稱(chēng)，主要分布于我國(guó)北部和西南部等地區(qū)[2]。傳統(tǒng)中醫(yī)認(rèn)為黃芪具有補(bǔ)氣固表、斂瘡生肌、排膿、利尿等作用[3]；現(xiàn)代研究表明，其還具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力、強(qiáng)心降壓、降血糖、抗衰老、抗腫瘤等功效[4-6]。此外，黃芪除了含有普通營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，還有黃酮類(lèi)、皂苷類(lèi)、多糖及生物堿類(lèi)等成分[7]，具有很高的功能價(jià)值。2018年，黃芪已被衛(wèi)健委列入藥食同源原料目錄。近年來(lái)，已有大量關(guān)于黃芪的保健品和功能食品的報(bào)道，如黃芪保健膠囊、黃芪保健酒、黃芪餅干等。黃芪醋是以黃芪、高粱為主要原料，在山西老陳醋釀造工藝基礎(chǔ)上釀制而成。其揮發(fā)性成分是評(píng)價(jià)其品質(zhì)的重要指標(biāo)，也是與其他食醋相區(qū)別的關(guān)鍵。

固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)技術(shù)是通過(guò)纖維頭從樣品中吸附待測(cè)物，并解吸于分析設(shè)備中的一種無(wú)溶劑樣品預(yù)處理技術(shù)，具有靈敏度高、效率高、操作便捷、選擇性與重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)[8-11]。目前，黃芪已廣泛應(yīng)用于環(huán)境、食品、生化、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)黃芪的研究主要是藥理方面，未見(jiàn)將黃芪釀造為食醋的相關(guān)報(bào)道，對(duì)黃芪醋揮發(fā)性成分的報(bào)道更沒(méi)有。本研究采用頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用(headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HP-SPME-GC-MS)法檢測(cè)黃芪醋易揮發(fā)成分，并與山西老陳醋的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析比較，以期為黃芪醋的香氣特征研究、產(chǎn)品質(zhì)量控制提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃芪：山西省渾源縣；高粱、大曲和谷糠：山西省晉中市榆次區(qū)某醋廠；麩皮、稻殼：安徽省壽縣；山西老陳醋：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)山西食醋研究中心；NaCl(優(yōu)級(jí)純)：天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

VF-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、Varian 840固相微萃取進(jìn)樣器、TRACE-ISQ型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司；75 μm聚二甲基硅氧烷萃取纖維頭、20 μL頂空進(jìn)樣瓶 美國(guó)Supelco公司；多功能粉碎機(jī) 浙江紅景天工貿(mào)有限公司；722可見(jiàn)光分光光度計(jì)、FA224型電子天平 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司。

1.3 黃芪醋的釀造工藝

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

1.3.2.1 原料處理

挑選優(yōu)質(zhì)的干黃芪，除去雜質(zhì)并將其粉碎，粉碎后過(guò)100目篩。

1.3.2.2 潤(rùn)料

將粉碎的黃芪與高粱按1∶5計(jì)算，混合后加入總質(zhì)量1倍的純凈水?dāng)嚢杈鶆?，在室溫下放?2 h。

1.3.2.3 液化

再加入原料總質(zhì)量3.5倍的純凈水后加熱，當(dāng)升溫至60 ℃時(shí)，加入總質(zhì)量0.15%的α-淀粉酶，繼續(xù)升溫至煮沸后，調(diào)到中火煮50 min。

1.3.2.4 糖化

將液化醪置于室溫下降溫，當(dāng)醪液降溫至60 ℃時(shí)加入總質(zhì)量0.6%的糖化酶，繼續(xù)降溫至30 ℃時(shí)加入原料總質(zhì)量55%的大曲。

1.3.2.5 酒化發(fā)酵

向攪拌均勻的糖化醪中加入原料總質(zhì)量0.02%的安琪釀酒酵母，將其置于25～28 ℃的環(huán)境中，先敞口發(fā)酵3 d，每天早晚各攪拌一次，從第4 天開(kāi)始封口發(fā)酵10 d。

1.3.2.6 醋化發(fā)酵

將酒醪與麩皮、谷糠、稻殼拌勻。接入火醅(溫度為35～40 ℃的醋醅)，約發(fā)酵12 d，每天同一時(shí)間翻醅一次。隨著醋醅酸度升高減緩，醋醅品溫逐漸下降，即醋化發(fā)酵結(jié)束[12]。

1.3.2.7 淋醋

將醋化發(fā)酵結(jié)束的黃芪醋醋醅置于淋醋池中，用沸水浸泡12 h后淋醋，過(guò)濾，瞬時(shí)滅菌后得到白淋醋，然后用白淋醋浸泡山西老陳醋熏醅，約2 h后淋醋，滅菌后即得到黃芪原醋。

1.3.2.8 陳釀

將黃芪原醋置于陳釀池中約30 d，滅菌后即得到黃芪醋。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 理化指標(biāo)的測(cè)定

總酸、總酯、不揮發(fā)酸、氨基酸態(tài)氮、還原糖的測(cè)定：參照GB/T 18187-2000《釀造食醋》規(guī)定的方法[13]。

1.4.2 總黃酮含量的測(cè)定

參照GB/T 19777-2013《地理標(biāo)志產(chǎn)品 山西老陳醋》附錄C規(guī)定的方法[14]。

1.4.3 固相微萃取方法[15,16]

將萃取纖維頭插入氣相色譜的進(jìn)樣口中，于250 ℃老化至無(wú)雜峰。分別準(zhǔn)確提取3.0 g已粉碎的黃芪樣品和8.0 mL液體樣品置于20 mL頂空瓶中，黃芪樣品中再加入6.0 mL蒸餾水，然后分別加入NaCl 2 g，用瓶蓋密封后于50 ℃恒溫水浴中平衡10 min。將進(jìn)樣瓶置于孵化爐中，孵化溫度為45 ℃，保持30 min后，將老化好的SPME萃取頭插入頂空瓶中，使之與液面保持1.5 cm，推出纖維頭頂空吸附60 min。萃取后直接進(jìn)樣，于250 ℃進(jìn)樣口解吸5 min。

1.4.4 GC-MS參數(shù)條件[17]

1.4.4.1 色譜條件

TG-5MS毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣為氦氣(He)；流速1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度250 ℃；起始溫度為35 ℃，保持5 min，以5 ℃/min升至160 ℃，保持3 min，然后以10 ℃/min升至250 ℃，保持3 min。

1.4.4.2 質(zhì)譜條件

接口溫度250 ℃，EI離子源溫度230 ℃；電子能量70 eV，質(zhì)量掃描范圍為35～500 amu。

1.4.5 定性與定量分析

1.4.5.1 定性方法

通過(guò)質(zhì)譜分析，通過(guò)檢索NIST 08譜庫(kù)和人工圖譜解析進(jìn)行比對(duì)，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)及化學(xué)成分的保留時(shí)間、質(zhì)譜圖譜和匹配度等共同進(jìn)行定性分析。

1.4.5.2 定量方法

采用峰面積歸一化法進(jìn)行定量分析，計(jì)算各成分的相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃芪醋指標(biāo)測(cè)定結(jié)果與分析

表1 黃芪醋指標(biāo)測(cè)定結(jié)果Table 1 Determination results of Astragalus vinegar indexes

由表1可知，黃芪醋理化指標(biāo)符合GB/T 19777-2013《地理標(biāo)志產(chǎn)品 山西老陳醋》的標(biāo)準(zhǔn)，其中不揮發(fā)酸的含量較高，使黃芪醋具有刺激性小、酸味柔和、后味長(zhǎng)等特點(diǎn)。黃芪中黃酮類(lèi)物質(zhì)不僅具有抗氧化、抗衰老及增強(qiáng)機(jī)體免疫力等功效，而且具有抗心肌缺血、舒張血管平滑肌、保肝、抗炎、降血糖等作用[18]，經(jīng)檢測(cè)，黃芪醋的總黃酮含量明顯高于山西老陳醋[19]，因此黃芪醋具有良好的保健功效。

2.2 黃芪醋和山西老陳醋香氣成分變化分析

黃芪醋和山西老陳醋中揮發(fā)性香氣成分的GC-MS總離子流色譜圖見(jiàn)圖1和圖2，經(jīng)譜庫(kù)檢索和其他鑒定方法，鑒定出的揮發(fā)性香氣成分見(jiàn)表2。

圖1 黃芪醋揮發(fā)性香氣成分的GC-MS總離子流色譜圖Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of volatile aroma components of Astragalus vinegar

圖2 山西老陳醋揮發(fā)性香氣成分的GC-MS 總離子流色譜圖Fig.2 GC-MS total ion chromatogram of volatile aroma components of Shanxi mature vinegar

由圖1和圖2可知，黃芪醋和山西老陳醋各揮發(fā)性香氣成分的色譜峰相對(duì)較尖且窄，說(shuō)明該SPME條件對(duì)黃芪醋和山西老陳醋揮發(fā)性物質(zhì)的萃取效果較好。

表2 黃芪醋與山西老陳醋揮發(fā)性香氣成分分析Table 2 Analysis of volatile aroma components of Astragalus vinegar and Shanxi mature vinegar

續(xù) 表

續(xù) 表

注：“-”表示未檢出。

表3 黃芪醋和山西老陳醋揮發(fā)性成分化學(xué)分類(lèi)Table 3 Chemical classification of volatile components of Astragalus vinegar and Shanxi mature vinegar

續(xù) 表

由表2和表3可知，共檢測(cè)出77種揮發(fā)性成分，包括酯類(lèi)14種、酸類(lèi)13種、雜環(huán)類(lèi)11種、醇類(lèi)9種、醛類(lèi)8種、酮類(lèi)4種、烴類(lèi)5種、酚類(lèi)4種和其他類(lèi)9種。其中共有揮發(fā)性成分為22種，酸類(lèi)、酯類(lèi)和雜環(huán)類(lèi)化合物含量均較多。

黃芪醋檢測(cè)出49種揮發(fā)性成分，揮發(fā)性成分相對(duì)含量較高，約為92.72%，其中含量最多的是雜環(huán)類(lèi)10種(22.28%)，其次是酸類(lèi)8種(21.69%)、醛類(lèi)6種(17.27%)、酯類(lèi)10種(9.38%)、醇類(lèi)3種(8.36%)、酮類(lèi)3種(5.28%)、烴類(lèi)4種(1.92%)、其他類(lèi)化合物4種(6.40%)、酚類(lèi)1種(0.14%)。

山西老陳醋檢測(cè)出50種揮發(fā)性成分，總相對(duì)含量為73.33%，其中相對(duì)含量最多的是雜環(huán)類(lèi)4種(15.40%)，其次是酯類(lèi)9種(14.97%)、酸類(lèi)10種(13.27%)、醇類(lèi)8種(10.23%)、醛類(lèi)6種(6.22%)、酮類(lèi)3種(5.02%)、其他類(lèi)化合物6種(6.72%)、酚類(lèi)3種(1.48%)、烴類(lèi)1種(0.10%)。

2.2.1 黃芪醋與山西老陳醋酯類(lèi)化合物變化分析

在醋化發(fā)酵階段，由于酯化反應(yīng)的進(jìn)行，生成大量酯類(lèi)化合物，酯類(lèi)化合物在食醋的香味貢獻(xiàn)中起著極為重要的作用，是評(píng)價(jià)食醋品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。黃芪醋中檢測(cè)出10種酯類(lèi)化合物，山西老陳醋中檢測(cè)出9種酯類(lèi)化合物，共有香氣成分4種，其中乙酸苯乙酯呈花香、果香和威士忌酒香氣；乙酸異龍腦酯呈松香樟腦氣味；乙酸乙烯酯具有很強(qiáng)的酯香、果香；丙二醇甲醚醋酸酯有輕微的醚類(lèi)氣味。黃芪醋中特有異硫氰酸異丁酯(芥末、辣根刺激性氣味)、棕櫚酸乙酯(微弱蠟香、果爵和奶油香氣)、辛酸乙酯(白蘭地酒香味)；山西老陳醋特有乙酸甲酯、甲酸乙烯酯都具有芳香氣味，風(fēng)味相對(duì)單一。由表3可知，黃芪醋與山西老陳醋的酯類(lèi)化合物含量相當(dāng)，但黃芪醋的揮發(fā)性酯類(lèi)物質(zhì)更豐富，不同酯類(lèi)物質(zhì)糅合在一起，賦予了黃芪醋獨(dú)特的風(fēng)味。

2.2.2 黃芪醋與山西老陳醋酸類(lèi)化合物變化分析

兩種醋中均檢測(cè)出大量酸類(lèi)化合物，這是醋化發(fā)酵過(guò)程中的主要產(chǎn)物，構(gòu)成了黃芪醋和山西老陳醋主要揮發(fā)性風(fēng)味成分。由表3可知，黃芪醋中檢測(cè)到8種酸類(lèi)化合物，其中乙酸是所有揮發(fā)性成分中相對(duì)含量最高的，約為20.57%，具有強(qiáng)烈的刺激氣味，是黃芪醋主要呈酸物質(zhì)；除乙酸外，檢出的其他酸類(lèi)化合物相對(duì)含量較小。山西老陳醋檢測(cè)出的主要揮發(fā)性酸性物質(zhì)也是乙酸，但相對(duì)含量低于黃芪醋。黃芪醋中辛酸稀釋后呈水果香氣；山西老陳醋中2-甲基丁酸也呈愉快的水果香氣，而異丁酸則呈強(qiáng)烈的哈敗氣味和干酪味[20]。總之，黃芪醋中揮發(fā)性酸類(lèi)化合物含量顯著高于山西老陳醋，使得黃芪醋風(fēng)味口感優(yōu)于山西老陳醋。

2.2.3 黃芪醋與山西老陳醋雜環(huán)類(lèi)化合物變化分析

雜環(huán)類(lèi)化合物主要形成于熏醅階段，由于熏醅工藝以美拉德反應(yīng)為主，且原料高粱、豌豆和大麥富含多糖、氨基酸等，為美拉德反應(yīng)提供了必要的前體物質(zhì)[21]，因此經(jīng)熏醅工藝釀造的食醋都含有大量雜環(huán)類(lèi)化合物。

吡嗪類(lèi)物質(zhì)是山西老陳醋熏醅中產(chǎn)生的特有香氣物質(zhì)之一，主要通過(guò)Strecker降解氮源生成的[22]。由表2可知，黃芪醋和山西老陳醋中含量最高的四甲基吡嗪(又稱(chēng)川芎嗪)，具有咖啡、烘烤花生等特殊香味，此外還具有降血壓和改善冠心病癥狀等功效[23,24]。同時(shí)二者共有的雜環(huán)類(lèi)化合物還有2-乙基-3,5,6-三甲基吡嗪和2,4,5-三甲基惡唑。黃芪醋中雜環(huán)類(lèi)化合物相對(duì)于山西老陳醋而言更加豐富，其中黃芪醋含有2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、2-戊基呋喃、2-乙?；秽入s環(huán)類(lèi)化合物；而山西老陳醋特有的雜環(huán)類(lèi)化合物僅有2-乙?；秽?。有研究表明，3-甲基惡唑、吡嗪類(lèi)和呋喃類(lèi)物質(zhì)與食醋抗氧化活性有關(guān)[25,26]。因此，與山西老陳醋相比，這些雜環(huán)化合物在一定程度上賦予黃芪醋獨(dú)特的風(fēng)味及保健價(jià)值。

2.2.4 黃芪醋與山西老陳醋醇類(lèi)化合物變化分析

醇類(lèi)是酒化發(fā)酵階段的主要產(chǎn)物，而醋化發(fā)酵主要是將醇類(lèi)物質(zhì)氧化為酸類(lèi)物質(zhì)。由表3可知，黃芪醋中檢測(cè)出3種醇類(lèi)化合物，而山西老陳醋中檢測(cè)出8種，且山西老陳醋中的醇類(lèi)化合物含量高于黃芪醋，可能是在醋化階段黃芪醋有氧發(fā)酵更徹底。由表2可知，二者都含有大量的苯乙醇，苯乙醇主要是苯丙氨酸經(jīng)Strecker降解產(chǎn)生醛，然后進(jìn)一步還原后生成，也有部分苯乙醇是在酒化發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生，后來(lái)直接轉(zhuǎn)移到醋中[27-29]，該化合物目前已被鑒定為酒中主要的芳香族化合物，呈花香、玫瑰香[30]。黃芪醋中的糠醇呈微弱香氣，有焦香味；α-松油醇呈海桐花、紫丁香、鈴蘭等愉快的花香味。

2.2.5 黃芪醋與山西老陳醋、醛類(lèi)化合物變化分析

經(jīng)熏醅工藝主要形成醛類(lèi)物質(zhì)。由表2可知，黃芪醋與山西老陳醋都含有糠醛(甜香、面包香和焦糖香)、苯乙醛(水果甜香氣)、壬醛(玫瑰、柑橘等香氣)、癸醛(甜香、柑橘香、蠟香、花香)。其中糠醛，亦稱(chēng)2-呋喃甲醛，這可能是五碳糖經(jīng)微生物發(fā)酵生成木糖，木糖再分解為糠醛，也可能在高溫條件下由Strecker降解反應(yīng)而來(lái)。由于黃芪醋在淋醋時(shí)用白淋醋浸泡山西老陳醋熏醅，因此黃芪醋中含有大量糠醛。山西老陳醋中特有苯甲醛，又稱(chēng)安息香醛，具有特殊的杏仁氣味，其可能來(lái)自苯甲醇的氧化，也可能是微生物對(duì)苯丙氨酸、酚類(lèi)、苯乙酸和羥基苯甲酸等物質(zhì)作用產(chǎn)生[31]。由表3可知，黃芪醋中醛類(lèi)物質(zhì)含量高于山西老陳醋，具有明顯的水果香氣，深受消費(fèi)者喜愛(ài)。

3 結(jié)論

本研究首先測(cè)定了黃芪醋的理化指標(biāo)和總黃酮含量，可知黃芪醋符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且富含黃酮等功能性物質(zhì)。然后采用頂空固相微萃取和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對(duì)黃芪醋和山西老陳醋中揮發(fā)性成分進(jìn)行了分析，共檢測(cè)鑒定出77種揮發(fā)性成分，包括酯類(lèi)14種、酸類(lèi)13種、雜環(huán)類(lèi)11種、醇類(lèi)9種、醛類(lèi)8種、酮類(lèi)4種、烴類(lèi)5種、酚類(lèi)4種和其他類(lèi)9種。通過(guò)研究確定酸類(lèi)、酯類(lèi)、雜環(huán)類(lèi)化合物種類(lèi)和含量較高，是構(gòu)成黃芪醋和山西老陳醋香氣的主體成分。

目前，李燕敏等[32]對(duì)不同產(chǎn)地干黃芪揮發(fā)性風(fēng)味成分研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)干黃芪香氣貢獻(xiàn)較大的成分為正己醛、苯甲醛、1-戊醇、3-辛烯-2-酮、丁香酚、欖香素、右2-丁基呋喃、2-正戊基呋喃等。徐懷德等[33]對(duì)鮮黃芪和干黃芪揮發(fā)性化學(xué)成分的研究表明，鑒定出干黃芪中含有44種香氣成分，主要成分是正己醛、正己醇、己-2-烯醛。但黃芪醋中未檢出黃芪特有的香氣成分，主要原因可能是在發(fā)酵過(guò)程中微生物代謝將其轉(zhuǎn)化為其他化合物。本研究對(duì)黃芪醋和山西老陳醋的揮發(fā)性成分相對(duì)含量和香氣特征進(jìn)行了鑒定，黃芪醋酸類(lèi)、雜環(huán)類(lèi)、醛類(lèi)化合物種類(lèi)多于山西老陳醋，賦予黃芪醋特殊的風(fēng)味。同時(shí)，黃芪醋揮發(fā)性香氣成分相對(duì)含量明顯高于山西老陳醋。因此，黃芪醋風(fēng)味優(yōu)于山西老陳醋，且沒(méi)有黃芪濃烈的中藥味，功能營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更豐富，易被消費(fèi)者接受。通過(guò)對(duì)黃芪醋和山西老陳醋的揮發(fā)性香氣成分的差異對(duì)比分析，為更好地控制影響黃芪醋香氣形成的因素及工業(yè)化生產(chǎn)奠定了理論基礎(chǔ)。